瓦斯防治系统

瓦斯隧洞的相关知识

1、瓦斯防治的基本知识

瓦斯是一种混合气体，其中主要成分是甲烷。甲烷占混合气体成分的80~90%，它是一种无色、无味、无臭、易燃的气体；难溶于水，扩散性比空气高；当瓦斯浓度高时，会引起窒息；当其在空气中具有一定浓度并遇到高温热源时能引起爆炸，对隧洞施工安全威胁很大。瓦斯中除了含有甲烷以外，还含有其它有毒有害气体。

瓦斯有五大危害：引发火灾、发生爆炸、发生突出、导致人员缺氧窒息、引起中毒。瓦斯的五大危害中，除瓦斯突出外（防治措施是引排），其余四项危害主要是瓦斯集聚和遇到火源引起的，所以瓦斯防治主要是消除隧洞作业区瓦斯超限和积存，断绝一切可能引燃瓦斯爆炸的火源。

《公路隧道施工技术规范》（JTG F60—2009）对隧洞内瓦斯浓度限制值及处理措施见下表，瓦斯检测时当遇到下表中未列到的地点时，可以参照《煤矿安全规程》（2011年版）对井下风流中瓦斯浓度的规定及要求来采取相应的处理措施。

隧洞内瓦斯浓度限值及超限处理措施表

2、瓦斯隧洞的界定和划分

围岩内含有瓦斯的隧洞称瓦斯隧洞，隧洞内任何位置、任何时间只要发现有一次瓦斯，即将该隧洞界定为瓦斯隧洞。

根据《铁路瓦斯隧道技术规范》（TB10120—2002），瓦斯隧洞分为低瓦斯、高瓦斯、瓦斯突出三种，瓦斯隧洞的类型按隧洞内瓦斯的最高级别确定。瓦斯隧洞工区分为非瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区、瓦斯突出工区。瓦斯工区按绝对瓦斯涌出量进行判定：全工区的瓦斯涌出量小于0.5m3/min时，为低瓦斯工区；全工区的瓦斯涌出量大于或等于0.5m3/min时，为高瓦斯工区；当瓦斯压力大于等于0.74Mpa、瓦斯放散初速度Δp≥10或者单孔瓦斯涌出量q ≥4L/min、岩体的坚固系数f≤0.5时为瓦斯突出工区，需要另行处理。

在现场施工时，主要以瓦斯浓度来判定，瓦斯隧洞各部瓦斯浓度在0.3%以下，则可认为属于低瓦斯工区。

3、隧洞施工常见瓦斯灾害的原因和特点

开挖后未支护断面、模板台车附近、坍塌、超挖形成的空腔，错车道、隧洞洞室等最容易形成瓦斯积聚，再加上通风不当，发生爆炸可能性最大。另外电力线短路、电气焊防火不当以及车辆、机械设备保养不及时等原因产生火花也容易引起爆炸。瓦斯爆炸的危害性极大，具有一定的突发性、可以产生极大的冲击波，一旦发生爆炸，洞内甚至洞外人员、设备都无法幸免，将造成极大的人员伤亡和经济损失。

瓦斯隧洞超前地质预报

根据相关资料及文件显示，本工程可能存在瓦斯问题。针对隧洞可能赋存的瓦斯，在施工中遵循“动态设计、动态施工、先判断后处理”的原则，首先从超前预报入手，做到预报要超前。

采用多种手段综合分析，相互印证。采取以地质素描分析为基础，以超前钻孔为主要手段，实施隧洞瓦斯地质预报，并根据预报结果划分瓦斯隧洞工区等级和制定相应的瓦斯防治措施。

1、地质素描分析

地质素描分析主要依据隧洞已有勘察资料、油气资料、地表补充调查资料、洞内地质调查资料、隧洞掌子面地质素描，进行综合分析，对掌子面前方地质情况进行粗略预测，从而对天然气赋存情况粗略了解。地质素描的主要内容有：岩性及其产状，节理、裂隙发育程度，地质构造（如断层、背斜构造等）。根据地质素描结果，初步判断瓦斯在地层中的赋存情况和可能的溢出大小，进而提前做好相应的各项准备措施。

2、地质超前钻探

（1）深孔水平钻

在综合地质素描分析、超前物探工作基础上，为验证前述物探工作的准确性，于隧洞开挖断面处施作2个（孔径75~100mm）、长40m的地质超前钻孔（每35m作为一个循环，搭接5m）初步确定钻孔段隧洞是否存在瓦斯及其赋存情况，同时采用钻孔孔口直接测试方法进行检验。

采用SL-808A天然气、液化石油气检测仪现场测定。仪器报警范围为5~1000ppm，采用泵吸式吸入钻孔孔内气体进行检测。通过该仪器可现场确定隧洞钻孔内有无天然气及溢出的含量。测试间距和要求：①砂岩段，每2m检测一次，泥岩每5m检测一次，不通天破碎带节理裂

隙发育段每1m检测一次。②泥浆中有气泡、油膜则每1m检测一次。③完孔后清孔、封孔3

小时后再检测3次，每隔5分钟检测一次。

（2）浅孔水平钻

当采用深孔超前钻初步探明存在天然气突出可能或长时间大量涌出时，在距离瓦斯突出可能位置20m左右增设超前水平钻浅孔（即验证孔和定位孔）进行验证和定位，并掌握收集探孔施作过程中的天然气动力现象。①验证孔：在距离预测瓦斯位置20m（垂距）处的开挖面打2个φ89超前验证探孔，对采用超前钻孔获得的信息进行验证，若与已进行的地质综合预报有偏差，则在开挖工作面上增加1个探测孔进行验证。在验证孔钻探过程中也需进行天然气测试，测试仪器和要求同深孔。②定位孔：在距瓦斯富集带10m垂距处的隧洞掌子面施作3个φ89探测孔，准确探测开挖工作面前方上部及左右瓦斯富集带位置，掌握并收集探孔施作过程中的瓦斯动力现象。在定位孔钻探过程中也需进行天然气测试，测试仪器和要求同深孔。

根据以上预测预报将隧洞分为：非瓦斯工区、低瓦斯工区、高瓦斯工区和瓦斯突出工区，并根据瓦斯工区等级制定相应的控制方案。

瓦斯突出的防治

按上述采用各种预测预报手段判断出隧洞前方的瓦斯有突出危险时，采用钻孔排放措施。

1、瓦斯排放孔布置

在距预测瓦斯突出位置 5m 垂距的掌子面处向瓦斯突出段布设直径为75~100mm 排放孔，排放钻孔应超过瓦斯突出面 0.5m，钻孔间距根据实测的有效排放半径而定，一般孔底间距不大于2m。

2、排放注意事项

（1）排放天然气时，隧洞停止掘进，排放时间约15 至 30 天，施作检查孔检查天然气突出效果，无突出危险，则可停止排放，否则应继续排放或采取其它措施。

（2）排放孔施工前应加强排放工作面已开挖段的支护，防止塌方造成突出。

（3）排放孔施工过程中应注意观察各种异常情况及动力现象，当某孔施工中动力现象严重，可暂停该孔施工，待其它孔施工完毕后再补打该孔。

（4）每钻完一个孔应检测该孔天然气浓度，以后每天进行两次，掌握排放效果和修正排放时间。

（5）钻孔过程中应加强工作面风流及隧洞风流中瓦斯浓度检测，当排放工作面瓦斯浓度达到 1.5%时，应立即撤出人员，切断电源，加强通风。

3、防突效果检验

瓦斯排放措施实施后，应进行排放效果检查，以确认是否有效，当检验结果的各项指标都在瓦斯突出危险临界值以下，则认为措施有效，否则，认为措施无效，应采取延长排放时间，增加排放孔数量等补救措施。在隧洞工作面布置 4 个检验孔，其中掌子面中间一个，其它 3 孔分别布置在掌子面上部和两侧，孔终位置位于排放控制范围的边缘上。按《铁路瓦斯隧道技术规范》进行瓦斯突出危险性预测，瓦斯压力法和钻孔瓦斯涌出速度法的检验指标临界值分别为0.74mpa 和 4L/min。当检验结果各项指标都在瓦斯突出危险临界值以下，则认为措施有效，否则，认为措施无效，前方天然气仍有突出危险性，应采取延长排放时间、增加排放钻孔或采取天然气抽放等补救措施直至安全。